JP5788749B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工送り方向に移動するチャックテーブルに保持された被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に改質層を形成するレーザー加工装置に関する。

所謂インクジェットヘッドを構成するインクを吐出するための複数のノズルが形成されたノズル基板に連結されるシリコンリザーバ基板には、ノズルに連通する複数の貫通孔が形成される。シリコンリザーバ基板に複数の貫通孔を形成するには、シリコンリザーバ基板の表面に貫通孔が形成される領域に開口部が形成されたエッチングマスクを被覆し、シリコンリザーバ基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線をエッチングマスクの開口部を通して照射することによりシリコンリザーバ基板の内部に改質層を形成し、その後エッチングマスクの開口部を通してエッチング液を供給することにより、エッチング液を改質層に沿ってシリコンリザーバ基板に浸透させて内径が５〜１５μmの適正な貫通孔を形成する。（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１０−２２１５２７号公報

而して、パルスレーザー光線の１ショットで形成される改質層の深さは２０〜３０μm程度であり、シリコンリザーバ基板の厚みが例えば２００μmの場合には、シリコンリザーバ基板の表面から裏面に至る改質層を形成するためにパルスレーザー光線を１０ショット以上照射する必要があるため、被加工物であるシリコンリザーバ基板をパルスレーザー光線照射位置にその都度停止して間歇的にレーザー加工を実施しなければならず、生産性が悪いという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、被加工物を加工送りしつつ被加工物の厚み方向にパルスレーザー光線を複数ショット照射することができるレーザー加工装置を提供することにある。

上記主たる技術的課題を解決するために、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向（X軸方向）に加工送りする加工送り手段と、該加工送り手段による該チャックテーブル移動位置を検出するX軸方向位置検出手段と、該X軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段を制御する制御手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線発振手段と、該パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光レンズを備えた集光器と、該集光器を光軸方向（Z軸方向）と所定角度（α）をもって変位せしめるピエゾモータを備えており、
該制御手段は、パルスレーザー光線の繰り返し周波数に対して該ピエゾモータに印加する高周波電流の周波数と電圧を制御し、チャックテーブルをX軸方向に加工送りする際に、該集光器をX軸方向にΔx移動するとともにZ軸方向にΔz移動することにより、該集光レンズによって集光されるパルスレーザー光線の集光点を該チャックテーブルに保持された被加工物の所定領域の厚み方向に変位せしめる、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記パルスレーザー光線発振手段によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数をFヘルツとし、上記ピエゾモータに印加する高周波電流の周波数をHヘルツとし、ピエゾモータに印加する電圧によって生ずるピエゾモータの振幅をＪμｍとし、上記加工送り手段による上記チャックテーブルの移動速度をVμｍ／秒とし、パルスレーザー光線の１ショットで形成される改質層の厚みをhμｍとした場合、
（２×J×H）×sinα＝V を満たし、ΔxはV／Fとなり、
（２×J×H×1／F）×cosα≦h を満たし、Δzは（２×J×H×1／F）×cosαとなる。
また、上記ピエゾモータの振幅周期における集光器の下方位置から上方位置に変位する期間に２ショット以上のnショットのパルスレーザー光線を照射する場合、Ｈ≦F／２ｎに設定される。
更に、被加工物における加工すべき領域の間隔をAとした場合、H＝V／Aに設定される。

本発明によるレーザー加工装置おいては、パルスレーザー光線発振手段によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数に対して、集光器をX軸方向および集光レンズの光軸方向（Z軸方向）と所定角度（α）をもって変位せしめるピエゾモータに印加する高周波電流の周波数と電圧を制御し、チャックテーブルをX軸方向に加工送りする際に、集光器の集光レンズをX軸方向にΔx移動するとともにZ軸方向にΔz移動することにより、集光レンズによって集光されるパルスレーザー光線の集光点をチャックテーブルに保持された被加工物の所定領域の厚み方向に変位せしめるので、被加工物に設定された加工領域に厚み方向に複数の変質層を形成することができる。従って、被加工物に設定された加工領域に効率よく改質層を積層することができ、生産性が向上する。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。 図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成ブロック図。 図２に示すレーザー光線照射手段を構成するピエゾモータに印加する高周波電流によって変位する集光器の変位量を示す説明図。 図３に示す集光器の変位に基づいてチャックテーブルに保持された被加工物に照射されるパルスレーザー光線のショット間の間隔を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段の構成ブロック図。 被加工物としてのシリコンリザーバ基板の平面図。 図４に示すシリコンリザーバ基板の一部を拡大して示す平面図。 図４に示すシリコンリザーバ基板を環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図および要部を拡大して示す断面図。 図４に示すシリコンリザーバ基板が図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標との関係を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置によって図４に示すシリコンリザーバ基板に実施する改質層形成工程の説明図。 図２に示すレーザー光線照射手段を構成するピエゾモータの振幅周期とパルスレーザー光線のショットとの関係を示す説明図。 図８に示す改質層形成工程が実施されたシリコンリザーバ基板の要部を拡大して示す断面図。 図２に示すレーザー光線照射手段を構成するピエゾモータの振幅周期とパルスレーザー光線のショットとの関係を示す他の実施形態の説明図。

以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記X軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該一対の案内レール３１、３１上にX軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面（保持面）に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にＹ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロット３７１と、該雄ネジロット３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロット３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロット３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロット３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動せしめられる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロット３８１と、該雄ネジロット３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロット３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロット３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロット３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。

上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上にＹ軸方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一方の側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロット４３１と、該雄ネジロット４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロット４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロット４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロット４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段６を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、Z軸方向に移動可能に支持される。

図示のレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロット（図示せず）と、該雄ネジロットを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロットを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段６を案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー光線照射手段６を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段６を下方に移動するようになっている。

図示のレーザー光線照射手段６は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング６１を含んでいる。このレーザー光線照射手段６について、図２を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段６は、上記ケーシング６１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段６２と、該パルスレーザー光線発振手段６２が発振するパルスレーザー光線をチャックテーブル３６の保持面に向けて（図２において下方に向けて）方向変換する方向変換ミラー６３と、該方向変換ミラー６３によって方向変換されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光器６４と、該集光器６４をX軸方向および集光レンズ６４１の光軸方向（Z軸方向）と所定角度をもって変位せしめるピエゾモータ６５を具備している。

パルスレーザー光線発振手段６２は、被加工物であるウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレー光線を発振する。このパルスレーザー光線発振手段６２は、被加工物Wがシリコン基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板である場合、例えば波長が１０６４ｎｍであるパルスレーザー光線を発振するＹＶＯ４パルスレーザー発振器或いはＹＡＧパルスレーザー発振器６２１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６２２とから構成されている。

上記集光器６４は、方向変換ミラー６３によって方向変換されたパルスレーザー光線を集光する集光レンズ６４１を備えている。上記ピエゾモータ６５は、図示の実施形態においては高周波電流を印加する電圧値に対応してZ軸方向（レーザー光線の光軸）と所定角度（α）をもって振幅するように配設された圧電素子によって構成されており、一方の面が集光器６４を装着する装着部材６６に固定され、他方の面が上記ケーシング６１に取り付けられた支持部材６７に固定されている。従って、ピエゾモータ６５は、高周波電流を印加することにより、集光器６４を図２において実線で示す位置と２点鎖線で示すようにZ軸方向と所定角度（α）をもって斜め下方に変位した位置との間で振幅（往復動）する。従って、図３に示すように集光器６４がZ軸方向と所定角度（α）をもって変位する変位量を(a)とすると、X軸方向の変位量（Δx）は a×sinα となり、Z軸方向の変位量（Δz）は a×cosα となる。そして、図４に示すように被加工物Wに照射されるパルスレーザー光線のショット間の間隔(ｄ)は、 a×cosα即ちΔzとなる。

図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態における上記レーザー光線照射手段６は、パルスレーザー光線発振手段６２が発振したレーザー光線を方向変換ミラー６３に導く方向と、レーザー光線吸収手段６８に導く方向に偏向する音響光学偏向手段６９を具備している。この音響光学偏向手段６９は、後述する制御手段から例えば５Vの電圧が印加されるとパルスレーザー光線発振手段６２が発振したレーザー光線の光軸を方向変換ミラー６３に導き、後述する制御手段から例えば０Vの電圧が印加されるとレーザー光線吸収手段６８に導くようになっている。従って、音響光学偏向手段６９は、パルスレーザー光線発振手段６２が発振したレーザー光線を方向変換ミラー６３に導く方向と、レーザー光線吸収手段６８に導く方向に偏向する光偏向手段として機能する。

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、ケーシング６１の前端部に配設され上記レーザー光線照射手段６によってレーザー加工すべき加工領域を撮像する撮像手段７を備えている。この撮像手段７は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図５に示す制御手段８を具備している。制御手段８はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、後述する制御マップや被加工物の設計値のデータや演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース８５には、上記X軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４および撮像手段７等からの検出信号が入力される。そして、制御手段８の出力インターフェース８６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、パルスレーザー光線発振手段６２、ピエゾモータ６５、音響光学偏向手段６９等に制御信号を出力する。なお、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３は、後述する被加工物としてのシリコンリザーバ基板の設計値のデータを記憶する第１の記憶領域８３aや後述する加工送り開始位置座標値等を記憶する第２の記憶領域８３bや他の記憶領域を備えている。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図６にはレーザー加工される被加工物としてのシリコンリザーバ基板１０の平面図が示されている。図６に示すシリコンリザーバ基板１０は、表面１０ａに格子状に配列された複数の分割予定ライン１０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にリザーバデバイス１０２がそれぞれ形成されている。この各リザーバデバイス１０２は、全て同一の構成をしている。リザーバデバイス１０２の表面にはそれぞれ図７に示すように複数の貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）が設定されている。この貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）は、例えば直径が１５μmに設定されている。各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）のX方向（図７おいて左右方向）の間隔Ａ、および各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３における分割予定ライン１０１を挟んでX方向（図７において左右方向）に隣接するリザーバデバイス１０２の貫通孔形成領域１０３eと貫通孔形成領域１０３aとの間隔Bは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。また、各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）のY方向（図７において上下方向）の間隔C、および各リザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３における分割予定ライン１０１を挟んでY方向（図７において上下方向）に隣接するリザーバデバイス１０２の貫通孔形成領域１０３fと貫通孔形成領域１０３aおよび貫通孔形成領域１０３jと貫通孔形成領域１０３eとの間隔Dは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。このように構成されたシリコンリザーバ基板１０について、図６に示す各行Ｅ1・・・・Enおよび各列F1・・・・Fnに配設されたリザーバデバイス１０２の個数と上記間隔A,B,C,DおよびX,Y座標値は、その設計値のデータが上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第1記憶領域８３a格納されている。

上述したレーザー加工装置を用い、シリコンリザーバ基板１０に設定された各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）の内部に改質層を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。
シリコンリザーバ基板１０は、図８の(a)に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープＴに裏面１０bを貼着する。従って、シリコンリザーバ基板１０は、表面１０aが上側となる。なお、シリコンリザーバ基板１０の表面１０aの表面には、図８の(ｂ)に示すように上記貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）と対応する開口部１１１が形成されたエッチングマスク１１０が被覆されている。このようにして環状のフレームFに保護テープTを介して支持されたシリコンリザーバ基板１０は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に保護テープＴ側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによりシリコンリザーバ基板１０は、保護テープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。従って、シリコンリザーバ基板１０は、表面１０aを上側にして保持される。また、環状のフレームFは、クランプ３６２によって固定される。

上述したようにシリコンリザーバ基板１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７を作動することによって撮像手段７の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、チャックテーブル３６上のシリコンリザーバ基板１０は、図９に示す座標位置に位置付けられた状態となる。この状態で、チャックテーブル３６に保持されたシリコンリザーバ基板１０に形成されている格子状のストリート１０１がX軸方向とY軸方向に平行に配設されているか否かのアライメント作業を実施する。即ち、撮像手段７によってチャックテーブル３６に保持されたシリコンリザーバ基板１０を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実行してアライメント作業を行う。

次に、チャックテーブル３６を移動して、シリコンリザーバ基板１０に形成されたリザーバデバイス１０２における最上位の行E1の図９において最左端のリザーバデバイス１０２を撮像手段７の直下に位置付ける。そして、更にリザーバデバイス１０２に設定された複数の貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）における図９において左上の貫通孔形成領域１０３aを撮像手段７の直下に位置付ける。この状態で撮像手段７が貫通孔形成領域１０３aを検出したならばその座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値として制御手段８に送る。そして、制御手段８は、この座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値として第２の記憶手段８３bに格納する（加工送り開始位置検出工程）。このとき、撮像手段７とレーザー光線照射手段６の集光器６４はX軸方向に所定の間隔を置いて配設されているので、X座標値は上記撮像手段７と集光器６４との間隔を加えた値が格納される。

このようにして図９において最上位の行E1のリザーバデバイス１０２における第１の加工送り開始位置座標値(a1)を検出したならば、チャックテーブル３６をリザーバデバイス１０２の間隔だけＹ軸方向に割り出し送りするとともにX軸方向に移動して、図９において最上位から２番目の行E2における最左端のリザーバデバイス１０２を撮像手段７の直下に位置付ける。そして、更にリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）における図９において左上の貫通孔形成領域１０３aを撮像手段７の直下に位置付ける。この状態で撮像手段７が貫通孔形成領域１０３aを検出したならばその座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値として制御手段８に送る。そして、制御手段８は、この座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値として第２の記憶手段８３bに格納する。このとき、撮像手段７とレーザー光線照射手段６の集光器６４は上述したようにX軸方向に所定の間隔を置いて配設されているので、X座標値は上記撮像手段７と集光器６４との間隔を加えた値が格納される。以後、上述した割り出し送りと加工送り開始位置検出工程を図７において最下位の行Ｅｎまで繰り返し実行し、各行に形成されたリザーバデバイス１０２の加工送り開始位置座標値（a３〜aｎ）を検出して、これを上記制御手段８の第２の記憶手段８３bに格納する。

次に、シリコンリザーバ基板１０の各リザーバデバイス１０２に設定された各貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）の内部に改質層を形成する改質層形成工程を実施する。改質層形成工程は、先ず加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を移動して、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第２の記憶領域８３bに格納されている第１の加工送り開始位置座標値（a１）をレーザー光線照射手段６の集光器６４の直下に位置付ける。このように第１の加工送り開始位置座標値（a１）が集光器６４の直下に位置付けられた状態が図１０に示す状態である。図１０に示す状態で制御手段８は、集光点位置調整手段５３を作動して、集光器６４から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pがリザーバデバイス１０２の下面から所定量上側の位置になるように制御する。次に、制御手段８は、ピエゾモータ６５に高周波電流を印加しパルスレーザー光線発振手段６２を作動するとともにチャックテーブル３６を図１０において矢印Ｘ１で示す方向に所定の移動速度で加工送りするように上記加工送り手段３７を制御する（改質層形成工程）。

即ち、制御手段８は、パルスレーザー光線発振手段６２が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数に対して、ピエゾモータ６５に印加する高周波電流の周波数と電圧を制御し、チャックテーブル３６をX1軸方向に加工送りする際に、集光器６４の集光レンズ６４１をX軸方向にΔx移動するとともにZ軸方向にΔz移動することにより、集光レンズ６４１によって集光されるパルスレーザー光線の集光点をチャックテーブル３６に保持されたシリコンリザーバ基板１０の所定領域の厚み方向に変位せしめる。

上述した改質層形成工程においては、パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数をFヘルツとし、ピエゾモータ６５に印加する高周波電流の周波数をHヘルツとし、ピエゾモータ６５に印加する電圧によって生ずるピエゾモータ６５の振幅をＪμｍとし、加工送り手段３７によるチャックテーブル３６の加工送り速度をVμｍ／秒とし、パルスレーザー光線の１ショットで形成される改質層の厚みをhμｍとした場合、次の条件を満足するように設定される。
即ち、ピエゾモータ６５の振幅の速度は（２×J×H）であり、X軸方向の速度は（２×J×H）×sinα となることから同じ位置にパルスレーザー光線を照射するためにはチャックテーブル３６の加工送り速度V と一致させる必要があり、（２×J×H）×sinα＝Vの条件を満たし、パルスレーザー光線が照射され次のパルスレーザー光線が照射される時間間隔は1／F（秒）であることからΔxとV／Fとが一致しΔx＝V／Fとなる。
また、ピエゾモータ６５の振幅の速度におけるZ軸方向の速度は（２×J×H）×cosαであることから1／F（秒）でZ軸方向に進む距離は（２×J×H×1／F）×cosαとなり、改質層を同じ位置の上方に連続して重ねるためには改質層の厚みh以下にする必要があり、（２×J×H）×sinα≦h を満たし、Δzは（２×J×H×1／F）×cosαと一致しΔz＝（２×J×H×1／F）×cosαとなる。
そして、図１１に示すようにピエゾモータ６５の振幅周期における集光器６４の下方位置から上方位置に変位する期間Sにパルスレーザー光線(LB)を複数ショット照射する。
なお、ピエゾモータ６５の振幅周期における集光器６４の下方位置から上方位置に変位する期間Sに２ショット以上のnショットのパルスレーザー光線(LB)を照射する場合、パルスレーザー光線の繰り返し周波数をFヘルツに対してピエゾモータ６５に印加する高周波電流の周波数Hヘルツを十分小さくする必要があり、Ｈ≦F／２ｎに設定される。また、シリコンリザーバ基板１０の各リザーバデバイス１０２に設定された各貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）のX方向の間隔が上述したようにAとした場合、ピエゾモータ６５に印加する高周波電流の周波数Hヘルツの同期と貫通孔形成領域の送り周期とを一致させる必要があり、H＝V／Aに設定される。
この結果、図１２に示すようにシリコンリザーバ基板１０のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３には、厚み方向に複数の変質層１２０が連続して重なって形成される。なお、図１２においては便宜上間隔をあけて変質層１２０を示している。

改質層形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：５００ｋＨｚ
平均出力 ：０．３W
パルス幅 ：１０p秒
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：３００ｍｍ／秒

上記改質層形成工程において、改質層形成工程開始時にはレーザー光線照射手段６の音響光学偏向手段６９には、５Vの電圧が印加されている。従って、パルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線は方向変換ミラー６３に導かれるようになっている。従って、パルスレーザー光線は集光器６４を通してシリコンリザーバ基板１０に照射される。そして、ピエゾモータ６５の振幅周期における集光器６４の下方位置から上方位置に変位する期間S（図１１参照）が経過したならば、制御手段８は音響光学偏向手段６９に０Vを印加する。この結果、音響光学偏向手段６９はパルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線をレーザー光線吸収手段６８に導く。次に、ピエゾモータ６５の振幅周期における集光器６４の下方位置に達したら音響光学偏向手段６に５Vの電圧を印加し、ピエゾモータ６５の振幅周期における集光器６４の下方位置から上方位置に変位する期間Sの間継続する。このようにピエゾモータ６５の振幅周期における集光器６４の下方位置から上方位置に変位する期間Sに音響光学偏向手段６９に５Vの電圧を印加する制御と、該期間S以外に音響光学偏向手段６９に０Vの電圧を印加する制御とを繰り返し実施し、リザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３jに対して上述したパルスレーザー光線の照射を実施したならば、音響光学偏向手段６９に０Vの電圧を印加してパルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線をレーザー光線吸収手段６８に導く。そして、シリコンリザーバ基板１０の各リザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）に対して上述したように音響光学偏向手段６９に５Vの電圧を印加する制御と、該期間S以外に音響光学偏向手段６９に０Vの電圧を印加する制御とを繰り返し実施する。以後、同様の制御をシリコンリザーバ基板１０に形成された図６において最右端のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）に対して実施する。

上記改質層形成工程においては、パルスレーザー光線の繰り返し周波数に対してピエゾモータ６５に印加する高周波電流の周波数と電圧を制御し、チャックテーブル３６をX軸方向に加工送りする際に、集光器６４の集光レンズ６４１をX軸方向にΔx移動するとともにZ軸方向にΔz移動することにより、集光レンズ６４１によって集光されるパルスレーザー光線の集光点をチャックテーブル３６に保持されたシリコンリザーバ基板１０の所定領域の厚み方向に変位せしめるので、図１２に示すようにシリコンリザーバ基板１０のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３に厚み方向に複数の変質層１２０を形成することができる。従って、シリコンリザーバ基板１０のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３に効率よく改質層を積層することができ、生産性が向上する。

次に、上述した改質層形成工程において、パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数をFヘルツとし、ピエゾモータ６５に印加する高周波電流の周波数をHヘルツとし、ピエゾモータ６５に印加する電圧によって生ずるピエゾモータ６５の振幅をＪμｍとし、加工送り手段３７によるチャックテーブル３６の移動速度をVμｍ／秒とし、レーザー光線の１ショットで形成される改質層の厚みをhμｍとした場合の条件の他の実施形態について説明する。
この実施形態においては、図１3の(a)および(b)に示すようにピエゾモータ６５の振幅周期における集光器６４の下方位置から上方位置に変位する期間Sに位相を僅かにずらせてパルスレーザー光線（LB）を１ショット照射するように制御する。このように制御するには、ピエゾモータ６５の振幅周期における集光器６４の下方位置から上方位置に変位する期間Sに２ショット以上のnショットのパルスレーザー光線を照射する場合、次の条件を満足するように設定される。
即ち、FとHは（３６０度／２n）を超えない範囲で位相がずれていて、ピエゾモータ６５が配設されている側からシリコンリザーバ基板１０を保持したチャックテーブルを移動する際即ちX1で示す方向にチャックテーブルを移動する際（図１3の(a)の状態）には、F＝Hを除きF／(１＋１／２ｎ)≦Hを満たし、ピエゾモータ６５が配設されている反対側からシリコンリザーバ基板１０を保持したチャックテーブルを移動する際即ちX2で示す方向にチャックテーブルを移動する際（図１3の(b)の状態）には、H≦F／(１−１／２ｎ)を満たすように制御する。

以上のようにして、リザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３の内部に改質層が形成されたシリコンリザーバ基板１０は、貫通孔形成領域１０３をエッチングして貫通孔を形成するエッチング工程に搬送される。

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５３：集光点位置調整手段
６：レーザー光線照射手段
６２：パルスレーザー光線発振手段
６４：集光器
６５：ピエゾモータ
６８：レーザー光線吸収手段
６９：音響光学偏向手段
７：撮像手段
８：制御手段
１０：シリコンリザーバ基板
F：環状のフレーム
T：保護テープ

Claims (4)

1. 被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向（X軸方向）に加工送りする加工送り手段と、該加工送り手段による該チャックテーブル移動位置を検出するX軸方向位置検出手段と、該X軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段を制御する制御手段と、を具備するレーザー加工装置において、
   該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線発振手段と、該パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光レンズを備えた集光器と、該集光器を光軸方向（Z軸方向）と所定角度（α）をもって変位せしめるピエゾモータを備えており、
   該制御手段は、パルスレーザー光線の繰り返し周波数に対して該ピエゾモータに印加する高周波電流の周波数と電圧を制御し、チャックテーブルをX軸方向に加工送りする際に、該集光器をX軸方向にΔx移動するとともにZ軸方向にΔz移動することにより、該集光レンズによって集光されるパルスレーザー光線の集光点を該チャックテーブルに保持された被加工物の所定領域の厚み方向に変位せしめる、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該パルスレーザー光線発振手段によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数をFヘルツとし、該ピエゾモータに印加する高周波電流の周波数をHヘルツとし、該ピエゾモータに印加する電圧によって生ずる該ピエゾモータの振幅をＪμｍとし、該加工送り手段による移動速度をVμｍ／秒とし、パルスレーザー光線の１ショットで形成される改質層の厚みをhμｍとした場合、
   （２×J×H）×sinα＝Vを満たし、ΔxはV／Fとなり、
   （２×J×H×1／F）×cosα≦h を満たし、Δzは（２×J×H×1／F）×cosαとなる、
   請求項１記載のレーザー加工装置。
3. 該ピエゾモータの振幅周期における該集光器の下方位置から上方位置に変位する期間に２ショット以上のnショットのパルスレーザー光線を照射する場合、Ｈ≦F／２ｎに設定される、請求項２記載のレーザー加工装置。
4. 該被加工物における加工すべき領域の間隔をAとした場合、H＝V／Aに設定される、請求項３記載のレーザー加工装置。

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